Aastal 1897 avastas Briti füüsik Joseph John Thomson (1856-1940) elektroni pärast mitmeid katseid, mille eesmärk oli uurida elektrilahenduse olemust vaakumis. Kuulus teadlane tõlgendas elektriliselt laetud plaatide ja magnetite kiirte kõrvalekaldeid tõendina, et elektronid on palju väiksemad kui aatomid.
Suurest füüsikust ja teadlasest oleks pidanud saama insener
Thomson Joseph Johnist, suurest teadlasest, füüsikust ja mentorist, pidi saama insener, nagu tema isa arvas, kuid sel ajal ei olnud perel vahendeid hariduse eest tasumiseks. Selle asemel õppis noor Thomson kolledžis Macesteris ja hiljem Cambridge'is. Aastal 1884 määrati ta mainekale Cambridge'i eksperimentaalfüüsika professori ametikohale, kuigi ta tegi isiklikult väga vähe eksperimentaalset tööd. Ta avastas oma ande riistvara arendamiseks ja sellega seotud probleemide diagnoosimiseks. Thomson Joseph John oli hea õpetaja, inspireeris oma õpilasi ja andismärkimisväärset tähelepanu õpetajateaduse arendamise laiale probleemile ülikoolis ja keskkoolis.
Nobeli preemia laureaat
Thomson sai palju erinevaid auhindu, sealhulgas 1906. aastal Nobeli füüsikaauhinna. Tal oli ka suur rõõm näha, et mõned tema kaastöötajad said Nobeli preemiaid, sealhulgas Rutherford keemia alal 1908. aastal. Mitmed teadlased, nagu William Prout ja Norman Lockyer, on väitnud, et aatomid ei ole universumi väikseimad osakesed ja et need on üles ehitatud fundamentaalsematest ühikutest.
Elektroni avastamine (lühid alt)
1897. aastal pakkus Thompson välja, et üks põhiühikutest on 1000 korda väiksem kui aatom, seda subatomilist osakest hakati nimetama elektroniks. Teadlane avastas selle katoodkiirte omadusi uurides. Ta hindas katoodkiirte massi, mõõtes soojuse siirdekiirte tabamisel tekkivat soojust ja võrdles seda kiire magnetilise läbipaindega. Tema katsed ei näita mitte ainult seda, et katoodkiired on vesinikuaatomist 1000 korda kergemad, vaid ka seda, et nende mass oli olenemata aatomi tüübist sama. Teadlane jõudis järeldusele, et kiired koosnevad väga kergetest negatiivselt laetud osakestest, mis on aatomite universaalseks ehitusmaterjaliks. Ta nimetas neid osakesi "kehadeks", kuid hilisemad teadlased eelistasid nimetust "elektronid", mille pakkus välja George Johnston Stoney 1891. aastal.
Thompsoni katsed
Katoodikiirte läbipainde võrdlemisel elektri- ja magnetväljadega sai füüsik usaldusväärsemad elektroni laengu ja massi mõõtmised. Thomsoni katse viidi läbi spetsiaalsetes elektronkiiretorudes. 1904. aastal püstitas ta hüpoteesi, et aatomi mudel on positiivse aine sfäär, milles osakeste asukoha määravad elektrostaatilised jõud. Aatomi üldiselt neutraalse laengu selgitamiseks pakkus Thompson, et korpusklid olid jaotunud ühtlases positiivse laengu väljas. Elektroni avastamine võimaldas arvata, et aatomit saab jagada veelgi väiksemateks osadeks, ja see oli esimene samm aatomi üksikasjaliku mudeli loomise suunas.
Avastuste ajalugu
Joseph John Thomson on lai alt tuntud elektronide avastajana. Suurema osa oma karjäärist on professor töötanud erinevate gaaside kaudu elektrijuhtimise aspektidega. 1897. aastal (elektroni avastamise aastal) tõestas ta eksperimentaalselt, et nn katoodkiired on tegelikult liikuvad negatiivselt laetud osakesed.
Paljud huvitavad küsimused on otseselt seotud avamisprotsessiga. On selge, et katoodkiirte iseloomustamine on Thomsonist varasem ja mitmed teadlased on juba andnud olulise panuse. Kas võime siis kindl alt väita, et Thomson oli esimene, kes elektroni avastas? Lõppude lõpuks ei leiutanud ta vaakumtoru ega katoodkiirte olemasolu. Elektroni avastamine on puht alt kumulatiivne protsess. Tunnustatud pioneer annab kõige olulisema panusepanus, võttes kokku ja süstematiseerides kõik enne teda kogutud kogemused.
Thomsoni elektronkiiretorud
Elektroni suur avastus tehti spetsiaalse varustusega ja teatud tingimustel. Thomson viis läbi rea katseid, kasutades keerukat katoodkiiretoru, mis sisaldab kahte plaati, mille vahel pidid liikuma kiired. Kaua kestnud vaidlused katoodkiirte olemuse üle, mis tekivad siis, kui elektrivool läbib laeva, millest suurem osa õhust on evakueeritud, on peatatud.
See anum oli elektronkiiretoru. Täiustatud vaakummeetodit kasutades suutis Thomson esitada veenva argumendi, et need talad koosnesid osakestest, sõltumata gaasi tüübist ja juhina kasutatud metalli tüübist. Thomsonit võib õigusega nimetada meheks, kes lõhestas aatomi.
Teaduslik erak? See ei puuduta Thomsonit
Oma aja silmapaistev füüsik ei olnud sugugi teaduse erak, nagu sageli mõeldakse geniaalsetele teadlastele. Ta oli väga eduka Cavendishi labori haldusjuht. Seal kohtus teadlane Rose Elizabeth Pagetiga, kellega ta abiellus 1890. aastal.
Thomson mitte ainult ei juhtinud mitmeid uurimisprojekte, vaid rahastas ka laboratooriumide renoveerimist ülikooli ja kolledžite vähese toetusega. See oli andekasõpetaja. Inimesed, keda ta aastatel 1895–1914 enda ümber kogus, olid pärit üle maailma. Mõned neist võitsid tema käe all seitse Nobeli preemiat.
Thomsoniga Cavendishi laboris 1910. aastal töötades viis Ernest Rutherford läbi uuringud, mis viisid aatomi sisestruktuuri kaasaegse mõistmiseni.
Thomson võttis oma õpetamist väga tõsiselt: ta pidas regulaarselt hommikuti algklassides loenguid ja pärastlõunal õpetas magistrantidele loodusteadusi. Teadlane pidas doktriini uurijale kasulikuks, kuna see nõuab perioodiliselt põhiideede ülevaatamist ja samal ajal ruumi jätmist võimalusele avastada midagi uut, millele keegi varem tähelepanu ei pööranud. Elektroni avastamise ajalugu kinnitab seda selgelt. Thompson pühendas suurema osa oma teaduslikust tegevusest elektriliselt laetud vooluosakeste läbipääsu uurimisele läbi haruldaste gaaside ja vaakumruumi. Ta tegeles katoodide ja röntgenikiirte uurimisega ning andis tohutu panuse aatomifüüsika uurimisse. Lisaks töötas Thomson välja ka teooria elektronide liikumisest magnet- ja elektriväljades.
